EP2258939A2 - Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Glühkerze - Google Patents

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EP2258939A2
EP2258939A2 EP10003958A EP10003958A EP2258939A2 EP 2258939 A2 EP2258939 A2 EP 2258939A2 EP 10003958 A EP10003958 A EP 10003958A EP 10003958 A EP10003958 A EP 10003958A EP 2258939 A2 EP2258939 A2 EP 2258939A2
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EP
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error signal
eff
calculated
effective voltage
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Ismet Demirdelen
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BorgWarner Beru Systems GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1415—Controller structures or design using a state feedback or a state space representation
    • F02D2041/1416—Observer
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the temperature of a glow plug, wherein from a setpoint temperature a desired value of a temperature-dependent electrical variable is determined and an effective voltage generated by pulse width modulation is used as a manipulated variable.
  • the electric resistance or, which is equivalent, the electrical conductivity is usually used as the setpoint.
  • other temperature-dependent electrical variables for example the inductance, can also be used instead of the electrical resistance or the electrical conductivity.
  • the object of the invention is to show a way how to quickly regulate the temperature of a glow plug with the engine running to a target value.
  • a desired value of a temperature-dependent electrical variable is not compared with an actual value, as in conventional PID control methods, and the effective voltage is changed as a function of the instantaneous and possibly a preceding deviation.
  • a mathematical model of the glow plug is used, with which an expected value of the electrical quantity is calculated. This model is fed back with the controlled system containing the glow plug, d. H. a change in the manipulated variable is made to reach the desired setpoint temperature or the desired setpoint value as a function of the result of a comparison on the basis of the output quantity of the model and the setpoint value.
  • the feedback required for a control therefore takes place via the output of the mathematical model at which the output variable provided by the model is provided.
  • an error signal is generated from which an input variable is calculated together with the value of the effective voltage for the mathematical model. From this input, the mathematical model calculates an output that specifies the expected value of the electrical quantity.
  • the output variable of the model can be the expected value of the electrical variable or merely predetermine the latter, so that the expected value is determined by a further calculation step from the output variable, for example by a multiplication by a constant factor.
  • the comparison to be made based on the output and the setpoint may be performed by comparing values calculated from the setpoint and the output, such as voltage values, or by comparing the setpoint immediately with the expected value.
  • the error signal corrects any modeling errors. Without external influences, i. Therefore, after a period of time whose duration depends on the precision of the mathematical model, the calculated value finally coincides with the measured value. If faults in the candle temperature occur, this leads to a deviation of the calculated size from the measured size. Since the input of the mathematical model depends on both the calculated and measured values, such as the difference between the measured and calculated values, the mathematical model follows the glow plug, i.e., the glow plug. the calculated value approaches the measured value even when disturbances occur.
  • a control method By a control method according to the invention, defects in the candle temperature can be corrected much faster than is possible with conventional control methods.
  • the change in the manipulated variable depends not only on the instantaneous deviation between the actual value and the setpoint, but also on previous deviations (I or D component). Disturbances, however, generally have nothing to do with previous deviations, so that the consideration of previous deviations in the treatment of disorders often does not help.
  • a pure proportional control can not achieve good results, since the characteristic properties of a system can be detected only poorly.
  • a control method according to the invention allows an efficient and rapid temperature control in the event of a fault as well as in the occurrence of disturbances.
  • the mathematical model that calculates an expected value of electrical quantity may be formulated as a linear differential equation.
  • the mathematical model contains only two parameters that are characteristic of a given glow plug and its installation environment. The first constant is used to weight the current value of the variable to be calculated, and the second variable to weight the manipulated variable, ie the effective voltage.
  • the electrical resistance or, which is synonymous, the temperature-dependent electrical variable is preferred electrical conductivity used.
  • the electrical resistance or the electrical conductivity of the glow plug including leads can be used.
  • the electrical resistance or the conductivity of the glow plug without contributions from supply lines are taken into account.
  • the inductance can also be used as a temperature-dependent electrical variable.
  • a second error signal is generated by evaluating the calculated value, which is used to correct the setpoint value of the electrical variable, for example, the desired resistance.
  • a fault can be compensated for particularly effectively and the desired setpoint temperature can be reached particularly quickly. If, for example, the fault leads to additional heating of the glow plug, ie an increase in temperature, the desired setpoint temperature can be reached more quickly by assuming a slightly lower setpoint value when converting the setpoint value into a value of the effective voltage. In this way, the additional energy input of a disturbance can be compensated by a lower heating power.
  • the correction of the setpoint value can be determined, for example, using a characteristic map, from which a selection is made taking into account the second error signal and the setpoint temperature or a setpoint determined from the setpoint temperature. With the second error signal so a second feedback is made.
  • This second feedback leads to two control loops being present per se in the method, each of which contains a controlled system containing the glow plug.
  • a first control loop is created by the feedback of the output of the mathematical model.
  • a second loop through the feedback of the second error signal.
  • the second error signal can be generated by comparing the calculated value with the measured value, for example by subtraction, so that the second error signal is proportional to the difference between the two calculated values.
  • the second error signal by using a further mathematical model of the glow plug, the input value of the further mathematical model being the value of the rms voltage applied to the glow plug, and the second error signal being used by comparing the output variables of the two models is produced.
  • the input of the first model depends on both the rms voltage and the measured value, while in the second model the input depends only on the rms voltage.
  • the two mathematical models are preferably identical, that is, they perform the same arithmetic operations on an input variable.
  • the present invention further relates to a glow plug control device, which performs in operation a method according to the invention.
  • a glow plug control device can be realized, for example, with a memory and a control unit, for example a microprocessor, wherein a program is stored in the memory, which carries out the method according to the invention during operation.
  • the hardware components of such a glow plug control device may be identical to the hardware of commercially available glow plug control devices.
  • FIG. 1 the sequence of a method for controlling the temperature of a glow plug 1 is shown schematically.
  • an effective voltage U eff generated by pulse width modulation from an on-board voltage of a vehicle is used as the manipulated variable.
  • the electrical resistance R e of the glow plug 1 is used in the illustrated embodiment, wherein for the control method in principle any other temperature-dependent electrical variable or a vector with multiple sizes can be used.
  • a setpoint value R SolI of the electrical resistance of the glow plug is determined, for example by means of a characteristic map 2, from the setpoint temperature T SolI . From the setpoint value R SolI , a value is then determined for the effective voltage U eff which is applied to the glow plug 1 is created.
  • the conversion of the setpoint value R SolI into a value for the effective voltage U eff can be carried out, for example, by means of a prefilter 3 or a characteristic curve.
  • an expected value R e of the electrical resistance is calculated from the effective voltage U eff applied to the glow plug 1.
  • the mathematical model 4 can provide as output directly the expected value.
  • the model 4 provides an output X from which the expected value R e of the electrical quantity is calculated in a further step 4a, preferably by multiplication by a constant.
  • a first error signal e 1 (t) is generated in a method step 5.
  • the calculated value R e is compared with a measured value R m of the resistance.
  • the calculated resistance value R e are subtracted, for example, from the measured Widertandswert R m, as shown in Fig. 1 indicated by the minus sign (-).
  • the result of such difference formation may be weighted by an appropriate factor that may be empirically determined so that the first error signal e 1 (t) is proportional to the difference between the measured resistance R m and the calculated resistance R e .
  • the input value of the mathematical model 4 is a value calculated from the value of the effective voltage U eff and the first error signal e 1 (t).
  • Such a mathematical model 4 the input quantity of which depends on a comparison between a calculated and a measured value, is called Luenberger observer.
  • the output quantity X of the mathematical model 4 and the setpoint value R SolI are used to calculate a corrected value for the effective voltage U eff and to change the effective voltage U eff to the corrected value. If the output X is also the expected value R e , the output can be directly compared with the setpoint R SolI and the effective voltage U eff changed according to the result of the comparison, for example proportional to the difference. Generally speaking, it is sufficient to couple the output of the model 4 with an input of a controller, that is, to carry out a feedback of the model output.
  • a resistance value or a voltage value is first calculated from the output quantity X in a method step 6, which can be called a state regulator or feedback matrix Setpoint R SolI or a determined from the setpoint R SolI size, namely the current effective voltage U eff , is compared. According to the result of this comparison, the effective voltage U eff is changed. Preferably, a voltage value is added to the instantaneous value of the effective voltage (U eff ) which is proportional to the difference between the setpoint value R Sol and the calculated value R e .
  • the comparison and the change in the effective voltage U eff in dependence on the difference determined thereby are in FIG. 1 shown as process step 7.
  • a second error signal e 2 (t) is determined, which is used to correct the setpoint R SolI .
  • the setpoint value R SolI determined from the setpoint temperature T SolI is used together with the second error signal e 2 (t) to determine an adjusted setpoint value, for example by means of a characteristic map 8.
  • a correction of the setpoint value R SolI is determined Calculation added to the setpoint R SolI , as shown in FIG. 1 is indicated by the method step 9.
  • the corrected setpoint value is subsequently converted into a value for the effective voltage U eff , for example by means of a prefilter 3 or a characteristic curve. If appropriate, the value of the effective voltage U eff determined in this way is adapted in method step 7 taking into account the output quantity X.
  • a differential equation in particular a linear differential equation can be used.
  • the calculation of a voltage value from the output variable X es model 4 can be determined, for example, by multiplying it by a constant whose value can be determined by trial and error.
  • the second error signal e 2 (t) is in the illustrated embodiment similar to the first error signal e 1 (t) determined by comparing the measured value with the calculated value, for example by subtraction and multiplication of the difference with a weighting factor.
  • the control method according to the invention comprises per se two control circuits.
  • a first control circuit includes the glow plug 1 and the model 4, shown in the In the exemplary embodiment, this first control loop contains the glow plug 1, the method step 5, the model 4 and the method steps 6 and 7.
  • a second control loop contains the glow plug 1 and the feedback of the second error signal.
  • FIG. 2 shows another embodiment of a method for controlling the temperature of a glow plug 1.
  • This method differs from the above with reference to FIG. 1 method explained in the first place by the fact that U eff an output X2 is calculated from the value of the voltage applied to the glow plug 1 effective voltage with a further mathematical model 10 of the glow plug. 1
  • the calculation rules of the two models 4, 10 can be identical. However, in the case of the second model 10, the effective voltage U eff applied to the glow plug is used directly as the input variable, while in the first model the input variable is calculated from the first error signal e 1 (t) and the effective voltage U eff .
  • the second error signal e 2 (t) is applied to the in FIG. 2 illustrated embodiment by comparing the output variables X, X2 of the two models 4, 10 determined, for example by subtraction, as shown in FIG. 2 is indicated.
  • the difference can be multiplied by a constant factor to calculate the second error signal e 2 (t).
  • the second error signal e 2 (t) is therefore in the second embodiment of the difference between the two output variables X, X2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Glühkerze (1), wobei aus einer Solltemperatur (T Solll ) ein Sollwert (R soll ) einer temperaturabhängigen elektrischen Größe ermittelt wird, und eine durch Pulsweitenmodulation erzeugte Effektivspannung (U eff ) an die Glühkerze (1) angelegt und als Stellgröße verwendet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit einem mathematischen Modell (4) ein erwarteter Wert (R e ) der elektrischen Größe berechnet wird, die elektrische Größe gemessen wird, durch Auswertung des berechneten Wertes (R e ) ein erstes Fehlersignal e 1 (t) erzeugt wird, als Eingangsgröße des mathematischen Modells (4) ein aus dem Wert der Effektivspannung (U eff ) und dem Fehlersignal (e 1 (t)) berechneter Wert verwendet wird, wobei das mathematische Modell (4) aus der Eingangsgröße eine Ausgangsgröße (X) berechnet, die den erwarteten Wert (R e ) der elektrischen Größe vorgibt, mit der Ausgangsgröße (X) des mathematischen Modells (4) ein korrigierter Wert für die Effektivspannung (U eff ) berechnet und die Effektivspannung (U eff ) auf den korrigierten Wert geändert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Glühkerze, wobei aus einer Solltemperatur ein Sollwert einer temperaturabhängigen elektrischen Größe ermittelt und eine durch Pulsweitenmodulation erzeugte Effektivspannung als Stellgröße verwendet wird.
  • Bei Verfahren zur Regelung oder Steuerung der Temperatur einer Glühkerze wird als Sollwert in der Regel der elektrische Widerstand oder, was gleichbedeutend ist, die elektrische Leitfähigkeit verwendet. Prinzipiell können anstelle des elektrischen Widerstands oder der elektrischen Leitfähigkeit aber auch andere temperaturabhängige elektrische Größen, beispielsweise die Induktivität, verwendet werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie sich die Temperatur einer Glühkerze bei laufendem Motor schnell auf einen Sollwert regeln lässt.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren wird nicht wie bei herkömmlichen PID-Regelungsverfahren ein Sollwert einer temperaturabhängigen elektrischen Größe mit einem Istwert verglichen und die Effektivspannung in Abhängigkeit von der momentanen und gegebenenfalls einer vorhergehenden Abweichung geändert. Stattdessen wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein mathematisches Modell der Glühkerze verwendet, mit dem ein erwarteter Wert der elektrischen Größe berechnet wird. Dieses Modell ist mit der die Glühkerze enthaltenden Regelstrecke rückgekoppelt, d. h. eine Änderung der Stellgröße wird zum Erreichen der gewünschten Solltemperatur bzw. des gewünschten Sollwertes in Abhängigkeit von dem Ergebnis eines Vergleichs auf der Grundlage der Ausgangsgröße des Modells und des Sollwerts vorgenommen. Die für eine Regelung erforderliche Rückführung erfolgt also über den Ausgang des mathematischen Modells, an dem die von dem Modell gelieferte Ausgangsgröße bereitgestellt wird.
  • Durch Auswertung des berechneten Wertes, bevorzugt durch Vergleich mit dem gemessenen Wert, wird ein Fehlersignal erzeugt, aus dem zusammen mit dem Wert der Effektivspannung für das mathematische Modell eine Eingangsgröße berechnet wird. Aus dieser Eingangsgröße berechnet das mathematische Modell eine Ausgangsgröße, die den erwarteten Wert der elektrischen Größe vorgibt.
  • Dabei kann die Ausgangsgröße des Modells unmittelbar der erwartete Wert der elektrischen Größe sein oder diesen lediglich vorgeben, so dass der erwartete Wert durch einen weiteren Rechenschritt aus der Ausgangsgröße ermittelt wird, beispielsweise durch eine Multiplikation mit einem konstanten Faktor. Dementsprechend kann der auf der Grundlage der Ausgangsgröße und des Sollwerts vorzunehmende Vergleich durchgeführt werden, indem aus dem Sollwert und der Ausgangsgröße berechnete Größen, beispielsweise Spannungswerte, verglichen werden oder indem der Sollwert unmittelbar mit dem erwarteten Wert verglichen wird.
  • Mit dem Fehlersignal werden eventuelle Modellierungsfehler korrigiert. Ohne externe Einflüsse, d.h. Störungen, stimmt der berechnete Wert deshalb nach einer Zeitspanne, deren Dauer von der Präzision des mathematischen Modells abhängt, schließlich mit dem gemessenen Wert überein. Treten Störungen der Kerzentemperatur auf, führt dies zu einer Abweichung der berechneten Größe von der gemessenen Größe. Da die Eingangsgröße des mathematischen Modells sowohl von dem berechneten als auch von dem gemessenen Wert, beispielsweise der Differenz von gemessenem und berechnetem Wert, abhängt, folgt das mathematische Modell auch dann der Glühkerze, d.h. der berechnete Wert nähert sich auch bei Auftreten von Störungen dem gemessenen Wert an.
  • Durch ein erfindungsgemäßes Regelungsverfahren können Störungen der Kerzentemperatur wesentlich schneller korrigiert werden als dies mit herkömmlichen Regelungsverfahren möglich ist. Bei herkömmlichen PID-Verfahren hängt die Änderung der Stellgröße nämlich nicht nur von der momentanen Abweichung zwischen Istwert und Sollwert, sondern auch von vorhergehenden Abweichungen (I- bzw. D-Anteil) ab. Störungen haben jedoch mit vorhergehenden Abweichungen in der Regel nichts zutun, so dass die Berücksichtigung vorhergehender Abweichungen bei der Behandlung von Störungen oft nicht hilft. Andererseits lassen sich auch mit einer reinen Proportionalregelung keine guten Ergebnisse erzielen, da die charakteristischen Eigenschaften eines Systems dabei nur schlecht erfasst werden können. Ein erfindungsgemäßes Regelungsverfahren ermöglicht dagegen im störungsfreien Fall ebenso wie beim Auftreten von Störungen eine effiziente und schnelle Temperaturregelung.
  • Das mathematische Modell, mit dem ein erwarteter Wert der elektrischen Größe berechnet wird, kann beispielsweise als eine lineare Differenziaigleichung formuliert werden. Im einfachsten Fall enthält das mathematische Modell nur zwei Parameter, die für eine gegebene Glühkerze und deren Einbauumgebung charakteristisch sind. Mit der ersten Konstante wird der derzeitige Wert der zu berechnenden Größe gewichtet, mit einer zweiten Konstante kann die Stellgröße, also die Effektivspannung gewichtet werden.
  • Bevorzugt wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als temperaturabhängige elektrische Größe der elektrische Widerstand oder - was gleichbedeutend ist - die elektrische Leitfähigkeit verwendet. Dabei kann der elektrische Widerstand beziehungsweise die elektrische Leitfähigkeit der Glühkerze einschließlich Zuleitungen verwendet werden. Selbstverständlich kann aber auch der elektrische Widerstand beziehungsweise die Leitfähigkeit der Glühkerze ohne Beiträge von Zuleitungen berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann als temperaturabhängige elektrische Größe beispielsweise auch die Induktivität verwendet werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch Auswertung des berechneten Wertes ein zweites Fehlersignal erzeugt wird, das zur Korrektur des Sollwerts der elektrischen Größe, beispielsweise des Sollwiderstands, verwendet wird. Auf diese Weise lässt sich der Einfluss von Störungen, die bei laufendem Motor durch den Fahrbetrieb hervorgerufen werden, noch besser behandeln. Indem nämlich zu dem Sollwert eine Korrektur addiert wird, kann eine Störung besonders wirksam kompensiert und die gewünschte Solltemperatur besonders schnell erreicht werden. Führt die Störung beispielsweise zu einer zusätzlichen Erwärmung der Glühkerze, also einer Temperaturerhöhung, kann die gewünschte Solltemperatur schneller erreicht werden, indem bei der Umsetzung des Sollwertes in einen Wert der Effektivspannung von einem etwas kleineren Sollwert ausgegangen wird. Auf diese Wiese kann der zusätzliche Energieeintrag einer Störung durch eine geringere Heizleistung ausgeglichen werden. Die Korrektur des Sollwertes kann beispielsweise mit einem Kennfeld ermittelt werden, aus dem unter Berücksichtigung des zweiten Fehlersignals und der Solltemperatur bzw. eines aus der Solltemperatur bestimmten Sollwerts eine Auswahl vorgenommen wird. Mit dem zweiten Fehlersignal wird also eine zweite Rückführung vorgenommen.
  • Diese zweite Rückführung führt dazu, dass bei dem Verfahren an sich zwei Regelkreise vorhanden sind, die jeweils eine die Glühkerze enthaltende Regelstrecke enthalten. Ein erster Regelkreis entsteht durch die Rückführung des Ausgangs des mathematischen Modells. Ein zweiter Regelkreis durch die Rückführung des zweiten Fehlersignals.
  • Das zweite Fehlersignal kann durch einen Vergleich des berechneten Werts mit dem gemessenen Wert erzeugt werden, beispielsweise durch Differenzbildung, so dass das zweite Fehlersignal der Differenz zwischen den beiden berechneten Werten proportional ist.
  • Möglich ist es aber auch, das zweite Fehlersignal zu ermitteln, indem ein weiteres mathematischen Modell der Glühkerze verwendet wird, wobei als Eingangsgröße des weiteren mathematischen Modells der Wert der an der Glühkerze anliegenden Effektivspannung verwendet wird und das zweite Fehlersignal durch Vergleich der Ausgangsgrößen der beiden Modelle erzeugt wird. Bei dieser Vorgehensweise hängt also die Eingangsgröße des ersten Modells sowohl von der Effektivspannung als auch von dem gemessenen Wert ab, während bei dem zweiten Modell die Eingangsgröße nur von der Effektivspannung abhängt. Bevorzugt sind die beiden mathematischen Modelle identisch, führen also an einer Eingangsgröße dieselben Rechenoperationen durch.
  • Die beschriebene Verwendung von zwei mathematischen Modellen hat überraschenderweise den Vorteil, dass Modellierungsfehler einen kleineren Einfluss haben. Dies hat den Vorteil, dass die Qualität der Regelung weniger stark durch geänderte Bedingungen, beispielsweise Verwendung einer gegebenen Glühkerze in einem anderen Motor oder eine Änderung des Glühkerzentyps selbst, beeinflusst wird. Der mitunter erhebliche Aufwand, beispielsweise durch entsprechende Versuche, geeignete Parameter für das mathematische Modell des beschriebenen Verfahrens zu ermitteln, lässt sich deshalb reduzieren.
  • Neben dem vorstehend beschriebenen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung ferner ein Glühkerzensteuergerät, das im Betrieb ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt. Ein derartiges Glühkerzensteuergerät kann beispielsweise mit einem Speicher und einer Steuereinheit, beispielsweise einem Mikroprozessor, realisiert werden, wobei in dem Speicher ein Programm gespeichert ist, das im Betrieb das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Die Hardwarekomponenten eines solchen Glühkerzensteuergeräts können identisch mit der Hardware handelsüblich erhältlicher Glühkerzensteuergeräte sein.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander
  • Entsprechende Elemente sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungs- gemäßen Regelungsverfahrens; und
    Figur 2
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Regelungsver- fahrens.
  • In Figur 1 ist schematisch der Ablauf eines Verfahrens zur Regelung der Temperatur einer Glühkerze 1 dargestellt. Bei dem dargestellten Regelungsverfahren wird eine durch Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eines Fahrzeugs erzeugte Effektivspannung Ueff als Stellgröße verwendet. Als Regelgröße wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der elektrische Widerstand Re der Glühkerze 1 verwendet, wobei für das Regelungsverfahren prinzipiell auch irgendeine andere temperaturabhängige elektrische Größe oder ein Vektor mit mehreren Größen verwendet werden kann.
  • Bei dem im Figur 1 dargestellten Regelungsverfahren wird in einem ersten Schritt aus einer vorgegebenen Solltemperatur TSolI ein Sollwert RSolI des elektrischen Widerstands der Glühkerze ermittelt, beispielsweise mittels eines Kennfelds 2. Aus dem Sollwert RSolI wird dann ein Wert für die Effektivspannung Ueff ermittelt, die an die Glühkerze 1 angelegt wird. Die Umsetzung des Sollwerts RSolI in einen Wert für die Effektivspannung Ueff kann beispielsweise mittels eines Vorfilters 3 oder einer Kennlinie vorgenommen werden.
  • Mit einem mathematischen Modell 4 wird aus der an die Glühkerze 1 angelegten Effektivspannung Ueff ein erwarteter Wert Re des elektrischen Widerstands berechnet. Das mathematische Modell 4 kann als Ausgangsgröße unmittelbar den erwarteten Wert liefern. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liefert das Modell 4 jedoch eine Ausgangsgröße X, aus der in einem weiteren Schritt 4a der erwartete Wert Re der elektrischen Größe berechnet wird, bevorzugt durch Multiplikation mit einer Konstanten.
  • Durch Auswertung des berechneten Wertes Re wird in einem Verfahrensschritts 5 ein erstes Fehlersignal e1(t) erzeugt. Dazu wird der berechnete Wert Re mit einem gemessenen Wert Rm des Widerstands verglichen. Zur Berechnung des ersten Fehlersignals e1(t) kann beispielsweise von dem gemessenen Widertandswert Rm der berechnete Widerstandswert Re subtrahiert werden, wie dies in Fig. 1 durch das Minuszeichen (-) angedeutet ist. Das Ergebnis einer solchen Differenzbildung kann mit einem geeigneten Faktor, der empirisch bestimmt werden kann, gewichtet werden, so dass das erste Fehlersignal e1(t) der Differenz zwischen dem gemessenen Widerstandswert Rm und dem berechneten Widerstandswert Re proportional ist.
  • Als Eingangsgröße des mathematischen Modells 4 wird ein aus dem Wert der Effektivspannung Ueff und dem ersten Fehlersignal e1(t) berechneter Wert verwendet. Ein derartiges mathematisches Modell 4, dessen Eingangsgröße von einem Vergleich zwischen einem berechneten und einem gemessenen Wert abhängt, wird als Luenberger Beobachter bezeichnet.
  • Mit der Ausgangsgröße X des mathematischen Modells 4 und dem Sollwert RSolI wird ein korrigierter Wert für die Effektivspannung Ueff berechnet und die Effektivspannung Ueff auf den korrigierten Wert geändert. Wenn die Ausgangsgröße X zugleich der erwartete Wert Re ist, kann die Ausgangsgröße direkt mit dem Sollwert RSolI verglichen werden und die Effektivspannung Ueff gemäß dem Ergebnis des Vergleichs geändert werden, beispielsweise proportional zu dem Differenzbetrag. Allgemein gesprochen genügt es, den Ausgang des Modells 4 mit einem Eingang eines Reglers zukoppeln, also eine Rückführung des Modellausgangs vorzunehmen.
  • Wenn die Ausgangsgröße X, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, nicht mit dem erwarteten Wert Re übereinstimmt, wird zunächst aus der Ausgangsgröße X in einem Verfahrensschritt 6, der als Zustandsregler oder Rückführmatrix bezeichnet werden kann, ein Widerstandswert oder ein Spannungswert berechnet, mit dem der Sollwert RSolI oder eine aus dem Sollwert RSolI ermittelter Größe, nämlich die derzeitige Effektivspannung Ueff, verglichen wird. Gemäß dem Resultat dieses Vergleichs wird die Effektivspannung Ueff geändert. Bevorzugt wird dabei zu dem momentanen Wert der Effektivspannung (Ueff) ein Spannungswert addiert, welcher der Differenz zwischen dem Sollwert RSolI und dem berechneten Wert Re proportional ist. Der Vergleich und die Änderung der Effektivspannung Ueff in in Abhängigkeit von der dabei festgestellten Differenz sind in Figur 1 als Verfahrensschritt 7 dargestellt.
  • Durch Auswertung des berechneten Werts Re wird ein zweites Fehlersignal e2(t) ermittelt, das zur Korrektur des Sollwerts RSolI verwendet wird. Dazu wird der aus der Solltemperatur TSolI ermittelte Sollwert RSolI zusammen mit dem zweiten Fehlersignal e2(t) verwendet, um einen angepassten Sollwert zu ermitteln, beispielsweise mittels eines Kennfeldes 8. Bevorzugt wird dabei eine Korrektur des Sollwerts RSolI ermittelt und diese zur Berechnung zu dem Sollwerts RSolI dazuaddiert, wie dies in Figur 1 durch den Verfahrensschritt 9 angedeutet ist. Der korrigierte Sollwert wird anschließend in einen Wert für die Effektivspannung Ueff umgesetzt, beispielsweise mittels eines Vorfilters 3 oder einer Kennlinie. Der so ermittelte Wert der Effektivspannung Ueff wird gegebenenfalls in dem Verfahrensschritt 7 unter Berücksichtigung der Ausgangsgröße X angepasst.
  • Als mathematisches Modell 4 kann eine Differentialgleichung, insbesondere eine lineare Differentialgleichung verwendet werden. Beispielsweise kann als Modell 4 die folgende Rechenvorschrift verwendet werden: dR/dt = A•R + B•Ueff(t). Allgemein kann anstelle des Widerstands R auch eine andere elektrische Größe oder ein Vektor aus mehreren elektrischen Größen als Regelgröße x verwendet werden, so dass sich das mathematische Modell allgemeiner in der Form dx/dt = A•x + B•u(t) schreiben lässt, wobei u die Stellgröße ist.
  • Die Berechnung eines Spannungswertes aus der Ausgangsgröße X es Modells 4 kann beispielsweise durch Multiplikation mit einer Kostante ermittelt werden, deren Wert durch Ausprobieren bestimmt werden kann.
  • Das zweite Fehlersignal e2(t) wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ähnlich wie das erste Fehlersignal e1(t) durch Vergleich des gemessenen Werts mit dem berechneten Wert ermittelt, beispielsweise durch Differenzbildung und Multiplikation der Differenz mit einem Gewichtungsfaktor.
  • Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren beinhaltet an sich zwei Regelkreise. Ein erster Regelkreis enthält die Glühkerze 1 und das Modell 4, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält dieser erste Regelkreis die Glühkerze 1, den Verfahrenschritt 5, das Modell 4 sowie die Verfahrenschritts 6 und 7. Ein zweiter Regelkreis enthält die Glühkerze 1 und die Rückführung des zweiten Fehlersignals.
  • Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Regelung der Temperatur einer Glühkerze 1. Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem vorstehenden anhand von Figur 1 erläuterten Verfahren in erster Linie dadurch, dass aus dem Wert der an der Glühkerze 1 anliegenden Effektivspannung Ueff mit einem weiteren mathematischen Modell 10 der Glühkerze 1 eine Ausgangsgröße X2 berechnet wird. Die Rechenvorschriften der beiden Modelle 4, 10 können dabei identisch sein. Allerdings wird bei dem zweiten Modell 10 als Eingangsgröße unmittelbar die an der Glühkerze anliegende Effektivspannung Ueff verwendet, während bei dem ersten Modell die Eingangsgröße aus dem ersten Fehlersignal e1(t) und der Effektivspannung Ueff berechnet wird.
  • Das zweite Fehlersignal e2(t) wird bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch Vergleich der Ausgangsgrößen X, X2 der beiden Modelle 4, 10 ermittelt, beispielsweise durch Differenzbildung, wie dies in Figur 2 angedeutet ist. Der Differenzbetrag kann zur Berechnung des zweiten Fehlersignals e2(t) mit einem konstanten Faktor multipliziert werden. Das zweite Fehlersignal e2(t) ist deshalb bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Differenz zwischen den beiden Ausgangsgrößen X, X2.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Glühkerze
    2
    Kennfeld
    3
    Vorfilter
    4
    erstes Modell
    4a
    Verfahrensschritt
    5
    Verfahrensschritt
    6
    Verfahrensschritt
    7
    Verfahrensschritt
    8
    Kennfeld
    9
    Verfahrensschritt
    10
    zweites Modell
    Ueff
    Effektivspannung
    TSolll
    Solltemperatur
    RSoll
    Sollwert
    Re
    erwarteter Widerstand
    Rm
    gemessener Widerstand
    e1(t)
    erstes Fehlersignal
    e2(t)
    zweites Fehlersignal
    X
    Ausgangsgröße des ersten Modells
    X2
    Ausgangsgröße des zweiten Modells

Claims (15)

  1. Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Glühkerze (1), wobei aus einer Solltemperatur (TSolII) ein Sollwert (RSolI) einer temperaturabhängigen elektrischen Größe ermittelt wird, und
    eine durch Pulsweitenmodulation erzeugte Effektivspannung (Ueff) an die Glühkerze (1) angelegt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mit einem mathematischen Modell (4), das aus einer Eingangsgröße eine an seinem Ausgang bereitgestellte Ausgangsgröße (X) berechnet, ein erwarteter Wert (Re) der elektrischen Größe berechnet wird,
    die elektrische Größe gemessen wird,
    durch Auswertung des berechneten Wertes (Re) ein erstes Fehlersignal e1(t) erzeugt wird,
    als Eingangsgröße des mathematischen Modells (4) ein aus dem Wert der Effektivspannung (Ueff) und dem Fehlersignal (e1(t)) berechneter Wert verwendet wird, wobei das mathematische Modell (4) aus der Eingangsgröße eine Ausgangsgröße (X) berechnet, die den erwarteten Wert (Re) der elektrischen Größe vorgibt, und
    mit der Ausgangsgröße (X) des mathematischen Modells (4) ein korrigierter Wert für die Effektivspannung (Ueff) berechnet und die Effektivspannung (Ueff) auf den korrigierten Wert geändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturabhängige elektrische Größe der elektrische Widerstand ist.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fehlersignal (e1(t)) durch einen Vergleich des berechneten Werts (Re) mit dem gemessenen Wert (Rm) erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (X) dem erwarteten Wert (Re) der elektrischen Größe proportional ist.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des korrigierten Werts für die Effektivspannung (Ueff) ein aus der Ausgangsgröße (X) berechneter Wert mit dem Sollwert (RSolI) oder einer aus dem Sollwert ermittelten Größe verglichen und die Effektivspannung (Ueff) um so stärker geändert wird desto größer eine bei dem Vergleich festgestellte Differenz ist..
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Wert für die Effektivspannung (Ueff) berechnet wird, indem zu dem momentanen Wert der Effektivspannung (Ueff) ein Spannungswert addiert wird, welcher der Differenz zwischen dem Sollwert (RSolI) und dem berechneten Wert (Re) proportional ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung des berechneten Werts (Re) ein zweites Fehlersignal (e2(t)) erzeugt wird, das zur Korrektur des Sollwerts (RSolI) verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fehlersignal (e2(t)) durch einen Vergleich des berechneten Werts (Re) mit dem gemessenen Wert (Rm) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fehlersignal (e2(t)) der Differenz zwischen dem berechneten Wert (Re) und dem gemessenen Wert (Rm) proportional ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres mathematischen Modell (10) der Glühkerze (1) verwendet wird, wobei als Eingangsgröße des weiteren mathematischen Modells (10) der Wert der an der Glühkerze (1) anliegenden Effektivspannung (Ueff) verwendet wird und das zweite Fehlersignal durch Vergleich der Ausgangsgrößen (X, X2) der beiden Modelle (4, 10) erzeugt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fehlersignal (e2(t)) der Differenz zwischen den beiden Ausgangsgrößen (X, X2) proportional ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden mathematischen Modelle (4, 10) identisch sind.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zweiten Fehlersignal (e2(t)) und dem Sollwert (RSolI) mittels eines Kennfeldes eine Korrektur des Sollwerts (RSolI) ermittelt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fehlersignal (e1(t)) zur Berechnung der Eingangsgröße additiv mit dem Wert der Effektivspannung (Ueff) verknüpft wird.
  15. Glühkerzensteuergerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühkerzensteuergerät im Betrieb ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchführt.
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